KR100784932B1 - 배관 내부 검사용 이동 로봇 - Google Patents

배관 내부 검사용 이동 로봇 Download PDF

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KR100784932B1
KR100784932B1 KR1020060065530A KR20060065530A KR100784932B1 KR 100784932 B1 KR100784932 B1 KR 100784932B1 KR 1020060065530 A KR1020060065530 A KR 1020060065530A KR 20060065530 A KR20060065530 A KR 20060065530A KR 100784932 B1 KR100784932 B1 KR 100784932B1
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KR
South Korea
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pipe
mobile robot
wheel
driving
internal inspection
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KR1020060065530A
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Inventor
최혁렬
노세곤
이수환
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 배관의 내부 검사용 이동 로봇에 관한 것으로서,
몸체와; 상기 몸체를 사이에 두고 그 축선에 대해 소정의 각도를 이루며 상기 몸체에 상호 배치되는 것으로서, 그 각각은 동력을 발생하는 구동모터와, 동일 평면상에 소정 거리 이격 배치되는 전륜 및 후륜을 가지며 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴와, 상기 구동모터의 동력을 상기 주바퀴로 전달하는 동력전달장치를 가지는 구동부와; 상기 몸체와 상기 각 구동부 사이에서 상기 몸체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수의 링크부를 포함하는 것으로서, 상기 구동부에는 구동모터의 동력을 전달하거나 끊어주는 클러치가 설치되어 있고, 상기 전륜과 후륜 사이 중앙부 바깥쪽에는 상기 전륜축과 후륜축과 평행한 회전축을 가지는 보조바퀴가 설치되어 있는 것을 특징으로 하므로, 곡관을 주행할 때 3개 구동부의 클러치 중 2개의 클러치 전원을 차단함으로써 2개 구동부의 주바퀴를 공회전시키고 단 1개의 구동부의 동력으로 곡관을 주행할 수 있으므로, 동력손실을 줄이고 다양한 곡률반경을 갖는 곡관의 배관요소에 가장 적합한 주행이 가능하도록 할 수 있으며, 로봇의 몸체가 분기관이나 곡선관로를 따라 이동할 때 순간적으로 상기 각 구동부의 주바퀴가 분기관의 곡선관로의 내면에 접하지 않는 부분의 경우, 각 구동부의 보조바퀴가 분기관이나 곡선관로의 내면에 부분적으로 접하면서 부가적인 추진력을 발생함으로써, 상기 몸체가 안정적으로 곡선관로를 따라 이동하면서 직선관로로 진입할 수 있게 된다.
로봇, 배관, 검사, 클러치, 바퀴, 카메라, 베벨기어

Description

배관 내부 검사용 이동 로봇{ROBOT FOR INTERNAL INSPECTION OF PIPELINE}
도 1a는 종래 배관 내부 검사용 이동 로봇의 전체사시도이다.
도 1b는 도 1a의 정면도이다.
도 1c는 도 1a에서 일측 구동부의 부분 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동 로봇의 전체사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 2에서 구동부와 일측 링크부를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 2에서 몸체와 일측 링크부를 나타내는 배면 사시도이다.
도 6은 도 2에서 일측 구동부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6에서 구동부의 주요부를 나타내는 파단 사시도이다.
도 8은 도 2에서 카메라 장치의 사시도이다.
도 9는 도 8에서 카메라 장치의 렌즈선택을 나타내는 설명도이다.
도 10은 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동 로봇의 곡관에서의 주행상태도이다.
도 11은 로봇이 배관 내에 잠기거나 고장발생시 조작자의 대처 상황 설명도이다.
※ 주요 도면부호의 설명
110 : 몸체
130 : 본체
150 : 돌출단
210 : 스톱퍼
230 : 슬라이딩링
290 : 스프링
330 : 링크부
350 : 연동링크
390 : 지지링크
430 : 구동부
450 : 구동모터
470 : 주바퀴
490 : 전륜
510 : 후륜
530 : 보조바퀴
570 : 동력전달장치
800 : 클러치
810 : 카메라 장치
830 : CCD 카메라
1000 : 이동 로봇
본 발명은, 배관 내부 검사용 이동 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 별도의 조향장치 없이 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로와 배관의 단면이 변하는 관로에서 용이하게 이동할 수 있는 배관 내부 검사용 이동 로봇에 관한 것이다.
배관은 가스나 유류 등과 같이 일상 생활 및 산업 전반에 필요한 연료의 운송수단으로 생활의 편의와 산업발전에 중요한 역할을 하는 기초 기반시설이다. 이러한 배관은 석유화학산업 및 발전소 등과 같은 장치산업에서뿐만 아니라, 우리의 일상생활과도 밀접한 관련이 있는 냉난방 설비 및 상하수도관에도 적용되어 사용되고 있다.
그러나, 배관의 설치 후 오랜 시간이 지나는 과정에서 노화 및 부식으로 인해 배관 자체의 안전성에 많은 문제점이 발생되고 있으며 대형사고로 이어질 수 있는 위험성을 내재하고 있다. 특히, 일상 생활에 밀접한 도시가스관이나 석유화학시설 및 원자력 발전소에서 사용되어지는 배관의 경우에 배관의 손상에 따른 인명피해 및 재산피해가 천문학적일 수 있다.
따라서, 배관설비는 설계, 시공 및 운전뿐만 아니라 시간의 경과와 환경의 변화에 따른 배관 내부의 상태 및 배관의 균열 등을 수시로 검사 및 진단하여 설비의 안전성을 확보할 필요가 있다.
그러나, 이러한 배관의 안전점검을 위한 필요성에도 불구하고 배관을 검사하는데 어려움이 많다. 특히, 배관검사를 위한 작업을 진행하는데 현재 설치된 배관 주변의 시설은 검사부위까지 접근하는데 장애가 되며, 또한 매설된 배관의 경우에는 보다 어려운 부대작업을 요한다는 단점을 갖고 있다. 즉, 공사를 진행하기 위해 배관내의 유류를 제거하고 굴착에서부터 재시공에 이르는 부대작업을 필요로 하며 그 결과 막대한 시간적, 경제적 손실을 초래한다. 또한, 정확한 손상위치를 파악하는 것이 어렵기 때문에 작업기간이 장기화될 가능성도 크다.
이런 이유로 인하여, 보다 간편하고 저렴한 방법으로 배관에 접근가능하며 배관요소가 갖고 있는 입체적 형상에서 적합한 주행을 통해 배관 내부를 이동하며 검사할 수 있는 검사장비에 대한 필요성이 대두되어 왔다.
결국, 배관이라고 하는 특이하고 제한된 3차원 공간에서 주행하며 그 내부를 면밀히 검사할 수 있는 이동 로봇이 개발되었으며 현재 많은 연구가 진행중에 있다.
상기 배관의 내부 검사용 이동 로봇은 그 이동 방법에 따라 보행형, 바퀴형, 무한궤도형, 신축형 등으로 분류된다.
이 중, 직관에서는 매우 효율적인 이동을 보여주며 주행시 많은 에너지를 필요로 하지 않는 바퀴형 이동 로봇이 널리 사용되고 있으며, 한국공개특허공보 제2000-0073460호에 그 대표적인 구성이 개시되어 있다.
이러한 종래의 배관 내부 검사용 이동 로봇은 하나의 구동모터를 몸체로 하고, 한 쌍의 몸체가 조향장치인 이중능동 유니버설조인트로 연결되어 있다. 그리 고, 각 구동모터의 둘레에는 배관의 이동경로를 따라 이동하는 복수의 바퀴가 장착되어 있으며, 구동모터와 각 바퀴는 동력전달장치로 연결되어 있다. 또한, 종래의 이동 로봇은 조향장치에 의해 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로를 이동할 수 있으며, 또한 배관의 단면이 변화하는 배관 내에서도 원활하게 이동할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 배관의 내부 검사용 이동 로봇은 곡선관로를 원활하게 이동할 수 있도록 별도의 조향장치가 필요하게 되어 기계적 구성요소가 많지므로 그 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 본 발명자는 한국등록특허공보 제0467792호에 개시된 바와 같이, 이동 로봇의 구조를 단순화하면서 별도의 조향장치 없이 곡선관로를 원활하게 이동할 수 있는 이동 로봇을 개발하였으며, 도 1을 참조하여 그 개략적인 구성을 설명하도록 한다.
도시된 바와 같이, 종래의 배관 내부 검사용 이동 로봇(1)은, 몸체(11)와, 몸체(11)의 외측에 몸체(11)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치되는 복수의 구동부(43)와, 몸체(11)와 각 구동부(43) 사이에 마련되어 몸체(11)와 각 구동부(43)를 연결하는 복수의 링크부(33)와, 상기 몸체(11)의 일단부에서 배관의 내부 상태를 촬영하기 위해 설치된 카메라 장치(81)를 포함한다.
여기서, 상기 몸체(11)는, 내주면에 카메라용 케이블 및 구동 모터용 케이블이 통과하는 원통형상의 본체(13)와, 본체(13)의 양단부에 상호 대향하게 외주면으로부터 돌출된 한쌍의 돌출단(15)과, 각 돌출단(15) 사이의 대략 중앙영역에 마련 되며 본체(13)의 외주면으로부터 돌출된 스톱퍼(21)를 포함한다.
그리고, 각 돌출단(15)과 스톱퍼(21) 사이에는 본체(13)의 외주면을 따라 슬라이딩 이동하는 한쌍의 슬라이딩링(23)이 마련되어 있으며, 각 슬라이딩링(23)과 스톱퍼(21) 사이에는 각 슬라이딩링(23)을 탄성 부세하는 한 쌍의 스프링(29)이 설치되어 있다.
또한, 본체(13)의 일단부에는 카메라 장치(81)가 연결되는 카메라 결합부(31)가 마련되어 있다. 여기서, 각 돌출단(15)에는 후술할 링크부(33)의 지지링크(39)가 연결되는 제1연결부(17)가 마련되어 있으며, 제1연결부(17)는 본체(13)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치된다.
또한, 각 슬라이딩링(23)에는 후술할 링크부(33)의 연동링크(35) 및 보조 연동링크(41)가 연결되는 제2연결부(25)가 마련되어 있으며, 제2연결부(25) 역시 본체(13)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치된다.
그러나, 이러한 종래의 배관 내부 검사용 이동 로봇의 경우, 곡관에서의 주행을 위해서 3개의 구동부(43)를 동시에 작동시켜야 했기 때문에, 전력소모가 클 뿐만 아니라 곡관의 주행을 위한 알고리즘과 제어가 복잡해진다는 문제가 있었다.
또한, 이러한 이동 로봇의 구조에서는, 웜(63)-웜휠(67) 기어를 기본으로 동력이 주바퀴(47)에 전달되기 때문에, 로봇이 배관 내에 갇힐 경우 역회전이 곤란하여 조작자가 용이하게 대처할 수 없다는 단점이 있었다.
또한, 이동 로봇의 곡관 통과시 구동부(43)의 중앙이 배관과 접촉하기 때문에 주행과정에서 발생되는 회전 운동이 원활하지 못하였다.
이에 따라, 로봇의 구조를 실제에 보다 유용하게 적용할 수 있고 배관형상에 보다 적합한 주행이 가능하도록 하는 이동 로봇의 필요성이 커지게 되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 구동부의 전력소모를 줄이고, 곡관에서 주행할 때 각각의 배관형상에 적합한 주행이 가능하도록 하고 특히 곡관 내에서 보다 용이하게 조향하고 이동할 수 있는 배관 내부 검사용 이동 로봇을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 로봇이 배관 내에 갇힐 경우에도 조작자가 용이하게 대처할 수 있는 배관 내부 검사용 이동 로봇을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇은,
앞뒤로 연장되어 형성된 몸체; 상기 몸체의 축선을 중심으로 둘레방향을 따라 복수 개가 동일 각도로 배치되는 것으로, 그 각각은 동력을 발생하는 구동모터와, 동일 평면상에 서로 이격 배치되는 전륜 및 후륜을 가지며 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴와, 상기 구동모터의 동력을 상기 주바퀴로 전달하는 동력전달장치를 가지는 구동부; 및 상기 몸체와 상기 각 구동부 사이에서 상기 몸체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수의 링크부를 포함하는 것으로서,
상기 구동부에는 구동모터의 동력을 전달하거나 끊어주는 클러치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇은,
몸체와; 상기 몸체를 사이에 두고 그 축선에 대해 소정의 각도를 이루며 상기 몸체에 상호 배치되는 것으로서, 그 각각은 동력을 발생하는 구동모터와, 동일 평면상에 소정 거리 이격 배치되는 전륜 및 후륜을 가지며 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴와, 상기 구동모터의 동력을 상기 주바퀴로 전달하는 동력전달장치를 가지는 구동부와; 상기 몸체와 상기 각 구동부 사이에서 상기 몸체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수의 링크부를 포함하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇에 있어서,
상기 전륜과 후륜 사이 중앙부 바깥쪽에는 상기 전륜축과 후륜축과 평행한 회전축을 가지는 보조바퀴가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇은,
몸체와; 상기 몸체를 사이에 두고 그 축선에 대해 소정의 각도를 이루며 상기 몸체에 상호 배치되는 것으로서, 그 각각은 동력을 발생하는 구동모터와, 동일 평면상에 소정 거리 이격 배치되는 전륜 및 후륜을 가지며 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴와, 상기 구동모터의 동력을 상기 주바퀴로 전달하는 동력전달장치를 가지는 구동부와; 상기 몸체와 상기 각 구동부 사이에서 상기 몸체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수의 링크부를 포함하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇에 있어서,
상기 구동부에는 구동모터의 동력을 전달하거나 끊어주는 클러치가 설치되어 있고,
상기 전륜과 후륜 사이 중앙부 바깥쪽에는 상기 전륜축과 후륜축과 평행한 회전축을 가지는 보조바퀴가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구동모터의 구동축과 주바퀴의 차축이 베벨기어에 의해 연결된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 주바퀴는 상기 구동부의 양측면에 쌍으로 배치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 구동부는 상기 몸체의 축선을 중심으로 둘레방향을 따라 120°의 간격을 가지고 형성되며 방사상으로 배치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 몸체의 일단부에는 카메라 장치가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 카메라 장치는 중앙의 카메라와 그 주변의 조명장치로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 카메라는 광각 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 몸체는, 원통형상의 본체와; 상기 본체의 양단부에 상호 대향하게 외주면으로부터 돌출된 한 쌍의 돌출단과; 상기 각 돌출단 사이의 중앙영역에 마련되며 상기 본체의 외주면으로부터 돌출된 스톱퍼와; 상기 각 돌출단과 상기 스톱퍼 사이에 마련되어 상기 본체의 외주면을 따라 슬라이딩 이동하는 한 쌍의 슬라이딩링과; 상기 각 슬라이딩링과 상기 스톱퍼 사이에 마련되어 상기 각 슬라이딩링을 탄성 부세하는 한 쌍의 스프링을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 링크부는, 일단이 상기 구동부의 일측에 연결되고, 타단이 상기 몸체의 슬라이딩링에 연결되어 상기 몸체의 축선에 대해 가로방향으로 이동하면서 승강 및 하강하는 한 쌍의 연동링크와; 일단이 상기 몸체의 각 돌출단에 연결되고, 타단이 상기 각 연동링크에 연결되어 선회운동하는 한 쌍의 지지링크를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 클러치는 상기 구동부의 구동모터 회전축상에 설치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 전륜과 후륜은 상기 몸체의 길이방향과 평행하게 배치된 전동축에 의해 연결되어 연동하게 되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 설명에 앞서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇(1000)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 앞뒤로 연장되어 형성된 몸체(110)와, 몸체(110)의 외측에 몸체(110)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치되는 복수의 구동부(430)와, 몸체(110)와 각 구동부(430) 사이에 마련되어 몸체(110)와 각 구동부(430)를 연결하는 복수의 링크부(330)를 포함한다. 그리고, 이동 로봇(1000)은 몸체(110)의 일단부에 마련되어 배관의 내부 상태를 촬영하는 카메라 장치(810)를 더 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 몸체(110)는, 내주면에 카메라용 케이블 및 구동 모터용 케이블이 통과하는 원통형상의 본체(130)와, 상기 본체(130)의 양단부에 외주면으로부터 돌출 형성되며 상호 대향되게 배치된 한 쌍의 돌출단(150)과, 각 돌출단(150) 사이의 대략 중앙영역에 형성되며 본체(130)의 외주면으로부터 돌출된 스톱퍼(210)를 포함한다.
그리고, 각 돌출단(150)과 스톱퍼(210) 사이에는 본체(130)의 외주면을 따라 슬라이딩 이동하는 한 쌍의 슬라이딩링(230)이 설치되어 있으며, 각 슬라이딩링(230)과 스톱퍼(210) 사이에는 각 슬라이딩링(230)을 탄성 부세하는 한 쌍의 스프링(290)이 설치되어 있다.
또한, 본체(130)의 일단부에는 카메라 장치(810)가 연결되는 카메라 결합 부(310)가 마련되어 있다.
여기서, 각 돌출단(150)에는 후술할 링크부(330)의 지지링크(390)가 연결되는 제1연결부(170)가 형성되어 있으며, 제1연결부(170)는 본체(130)의 축선을 중심으로 둘레방향을 따라 120도의 등간격을 가지고 형성되며 방사상으로 배치된다.
또한, 상기 각 슬라이딩링(230)에는 후술할 링크부(330)의 연동링크(350)가 연결되는 제2연결부(250)가 형성되어 있으며, 제2연결부(250) 역시 본체(130)의 축선을 중심으로 둘레방향을 따라 120도의 등간격을 가지고 형성되며 방사상으로 배치된다.
링크부(330)는, 일단이 후술할 구동부(430)의 전륜차축(710) 또는 후륜차축(730)에 연결되고 타단이 몸체의 각 슬라이딩링(230)의 제2연결부(250)에 제2연결핀(270)으로 연결되어 몸체(110)의 축선에 대해 이동하면서 승강 및 하강하는 한 쌍의 연동링크(350)와, 일단이 몸체(110)의 각 돌출단(150)의 제1연결부(170)에 제1연결핀(190)으로 연결되고 타단이 각 연동링크(350)에 제3연결핀(370)으로 연결되어 선회운동하는 한 쌍의 지지링크(390)를 포함한다.
상기 각 연동링크(350)와 각 지지링크(390)는 몸체(110)의 스톱퍼(210)를 사이에 두고 상호 대칭되는 구조를 가진다. 그리고, 이러한 링크부(330)는 몸체(110)의 축선에 대해 120도의 등간격을 가지고 형성되며 방사상으로 배치된다.
이로써, 후술할 전륜(490) 및 후륜(510)이 연결되는 전륜차축(710) 및 후륜차축(730)은 몸체(110)의 스프링(290)의 탄성력에 의해 몸체(110)의 축선에 대해 가로방향으로 각각 승하강하게 된다. 그리고, 각 구동부(430)의 전륜(490) 및 후륜(510)이 동시에 배관의 내주면에 밀착 접촉하게 된다. 따라서, 배관의 내경이 변 화되는 영역에서도 각 구동부(430)의 전륜(490) 및 후륜(510)이 배관의 내주면에 밀착 접촉하게 되고, 수직으로 설치되는 배관에서도 자체의 자중을 견디고 올라갈 수 있는 견인력과 미끄러짐을 극복할 수 있도록 배관의 내주면에 밀착 접촉할 수 있으므로, 몸체(110)는 수평 및 수직으로 설치되는 배관 내에서 용이하게 이동할 수 있게 된다.
한편, 도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇의 일측 구동부에 대한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 구동부(430)는, 동력을 발생하며 제어부(미도시)에 의해 속도가 제어되는 구동모터(450)와, 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴(470)와, 구동모터(450)의 동력을 주바퀴(470)로 전달하는 동력전달장치(570)를 가진다.
주바퀴(470)는 후술할 전륜차축(710)에 연결되는 전륜(490)과, 후술할 후륜차축(730)에 연결되는 후륜(510)을 가지며, 전륜(490) 및 후륜(510)은 동일 평면상에 소정 거리만큼 이격 배치된다.
상기 주바퀴(470)는 상기 구동부(430)의 양측면에 쌍으로 배치되어 있어, 도 10에 도시된 바와 같이, 분기관이나 곡선관로에서 흔들림 없이 내주면에 안정적으로 접하면서 추진력을 발휘할 수 있다.
한편, 동력전달장치(570)는, 구동모터(450)의 축에 결합되는 구동피니언(590)과, 구동피니언(590)에 맞물리며 전륜차축(710)에 설치된 피동기어(610)로 구성되어 있다. 상기 구동피니언(590)과 피동기어(610)는 베벨기어로 구성되어 있어, 도시된 바와 같이 전륜차축(710)과 구동모터축이 교차되는 경우에 적절히 동력 전달이 이루어질 수 있다. 더욱이, 이러한 구조에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 구동모터(450)가 멈춘 상태에서 주바퀴(470)의 역회전이 가능하기 때문에 로봇(1000)이 배관 내에 갇힌 경우에도 용이하게 회수할 수 있다.
또한, 구동부(430)는 전륜차축(710) 및 후륜차축(730)에 구동모터(450)의 동력을 전달하는 전동축(750)을 가진다. 상기 전동축(750)은 전륜(490)으로부터 후륜(510)까지 연장되어 있으며, 양단에는 전동기어(751)가 설치되어 있어 상기 전동기어(751)가 상기 구동피니언(590)과 동축 상에 형성된 구동 전동기어(580)에 각가 맞물려 동력이 전달된다. 도시된 바와 같이, 후륜(510)쪽에도 베벨기어가 서로 맞물려서 회전하게 되어 있다.
여기서, 구동피니언(590), 피동기어(610) 및 전동기어(751)와 구동 전동축(580)은 케이스(700)에 의해 밀폐된다. 그리고, 전륜차축(710) 및 후륜차축(730)과 전동축(750)은 도시되어 있지 않지만 베어링에 의해 회전지지된다.
또한, 상기 전륜(490)과 후륜(510) 사이 중앙부 바깥쪽에는 상기 전륜축(710)과 후륜축(730)에 평행한 회전축(531)을 가지는 보조바퀴(530)가 설치되어 있다. 이에 따라, 로봇(1000)의 몸체(110)가 분기관의 일측 곡면을 따라 이동할 때 몸체(110)가 분기관의 곡면에 부딪치는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 상기 회전축(531)은 구동모터(450)의 외면에 설치된 브라켓(455)에 설치되어 있다. 물론, 회전축(531)과 브라켓(455) 사이에는 베어링이 개재될 수 있다.
그리고, 이러한 구동부(430)는 몸체(110)의 축선에 대해 대략 120도 만큼 등간격을 가지고 방사상으로 배치되며, 각 구동부(430)는 제어부에 의해 각 구동부(430)의 주바퀴(470)가 상호 상이한 속도로 회전운동하도록 제어될 수 있으므로, 별도의 조향장치 없이 각 구동부(430)의 주바퀴(470)의 회전속도를 조절하여 몸체(110)의 회전방향을 조절할 수 있게 되어 몸체(110)가 곡선관로를 따라 원활하게 이동할 수 있다.
더욱이, 상기 구동부(430)에는 클러치(800)가 설치되어 있어, 구동모터(450)의 회전동력을 단속할 수 있게 되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 클러치(800)는 구동모터(450)의 회전축 상에서 상기 구동 전동기어(580)의 뒤쪽에 배치되어 있다.
상기 클러치(800)는 축을 단속하는 일반적인 클러치가 모두 사용 가능하다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동 로봇의 카메라 장치(810)는, 배관의 내부상태를 촬영하는 CCD 카메라(830)와, CCD 카메라(830)를 수용하는 카메라 본체(850)와, CCD 카메라(830)의 가장자리에 설치된 조명용 복수의 라이트(870)가 포함한다.
각 라이트(870)는 카메라 본체(850)의 축선에 대해 소정의 각도를 형성하며 방사상으로 배치되어 있다. 또한, 카메라 본체(850)는 몸체(110)의 카메라 결합부(310)에 연결되는 장착부(890)가 형성되어 있다.
또한, 상기 CCD 카메라(830)가 광각렌즈를 구비하고 있으면, 대략 126°까지의 시야각을 확보할 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇(1000)은 제어부의 신호에 의해 배관의 내부를 따라 이동하며 배관의 상태를 검사하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이동 로봇(1000)의 작용을 설명한다.
먼저, 이동 로봇(1000)이 직선관로를 따라 이동을 하는 경우, 각 구동모터(450)는 제어부에 의해 동일한 속도로 회전하도록 제어되고, 몸체(110)의 스프링(290)의 탄성력에 의해 주바퀴(470)가 배관의 내주면에 밀착 접촉하면서 이동하고 이동 로봇(1000)의 중심이 직선관로의 단면 중심과 일치하게 되어 이동 로봇(1000)은 안정적으로 전진 및 후진 이동을 한다.
특히, 직선관로의 내경이 변화되더라도 각 구동부(430)의 주바퀴(470)가 몸체(110)의 스프링(290)의 탄성력에 의해 몸체(110)의 축선에 대해 가로방향으로 각각 이동하게 되어, 각 구동부(430)의 주바퀴(470)가 동시에 배관의 내주면에 밀착 접촉하면서 이동 로봇(1000)은 안정적으로 이동한다.
다음, 이동 로봇(1000)이 곡선관로를 따라 이동하는 경우, 각 구동모터(450)는 제어부에 의해 상호 상이한 속도로 회전하도록 제어된다. 일 예로서 곡선관로를 가지는 곡관은 곡관의 곡률중심에 대해 곡률반경이 상이하므로, 이동 로봇(1000)이 곡관의 곡률 중심에 대해 어떠한 자세로 놓여 있는가에 따라 각 구동부(430)의 주바퀴(470)의 접촉면이 달라지게 된다. 즉, 곡관의 곡률반경이 큰 외측 내주면에 접촉하고 있는 외측 주바퀴의 회전 이동거리가 곡관의 곡률반경이 작은 내측 내주면에 접촉하고 있는 내측 주바퀴의 회전 이동거리보다 상대적으로 크다. 따라서, 외측 구동모터의 속도를 내측 구동모터의 속도보다 상대적으로 빠르게 하여 이동 로봇(1000)을 곡관의 곡선관로를 따라 이동시킨다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 이동 로봇(1000)이 곡선관로 내에서 이동하는 경우, 곡관의 경우와 마찬가지로 각 구동모터(450)는 제어부에 의해 상호 상이한 속도로 회전하도록 제어된다. 즉, 곡관의 곡률중심에 대해 곡률반경이 큰 외측 내주면에 접촉하고 있는 주바퀴의 구동모터의 속도를 곡률반경이 작은 내측 내주면에 접촉하고 있는 주바퀴의 구동모터의 속도보다 상대적으로 빠르게 하여 이동 로봇(1000)을 티이관(950)의 곡선관로를 따라 이동시킨다.
더욱이, 곡관을 주행할 때, 3개 구동부(430)의 클러치(800) 중 2개의 클러치 전원을 차단함으로써 2개 구동부의 주바퀴(470)를 공회전시키고 단 1개의 구동부(430)의 동력만을 유지하도록 하여 곡관을 부드럽게 주행할 수 있다.
한편, 이동 로봇(1000)이 곡관의 곡선관로를 따라 이동할 때 순간적으로 각 구동부(430)의 주바퀴(470)가 곡관의 곡선관로의 내면에 접하지 않는 경우, 구동부(430)의 보조바퀴(530)가 대신 접하여 이동 로봇(1000)의 몸체(110)가 곡관의 내주면에 부딪치지 않게 된다.
이상과 같이, 몸체의 외측에 상호 동일 또는 상이한 속도로 회전하는 복수의 구동부를 마련하고 몸체와 각 구동부를 링크부로 연결함으로써, 별도의 조향장치 없이 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로와 배관의 단면이 변하는 관로에서 용이하게 이동할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 각 구동부가 상기 로봇의 몸체의 축선을 중심으로 둘레방향을 따라 소정의 각도를 가지고 배치되어 있어, 상기 로봇의 몸체가 직선관로를 따라 이동할 때 상기 몸체의 중심이 직선관로의 단면 중심과 일치하게 되어 상기 로봇의 몸체는 안정적으로 이동하게 되며, 상기 로봇의 몸체가 곡선관로를 따라 이동할 때에도 상기 구동부의 주바퀴가 곡선관로의 내면에 접촉하여 상기 로봇의 몸체는 곡선관로를 따라서 원활하게 이동할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 로봇에 클러치가 설치되어 있어, 곡관을 주행할 때 3개 구동부의 클러치 중 2개의 클러치 전원을 차단함으로써 2개 구동부의 주바퀴를 공회전시키고 단 1개의 구동부의 동력으로 곡관을 주행할 수 있으므로, 동력손실을 줄이고 다양한 곡률반경을 갖는 곡관의 배관요소에 가장 적합한 주행이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 구동부가 구동모터의 외면에 상기 전륜 및 후륜의 중앙에 배치되는 보조 바퀴를 포함함으로써, 상기 로봇의 몸체가 분기관이나 곡선관로를 따라 이동할 때 순간적으로 상기 각 구동부의 주바퀴가 분기관의 곡선관로의 내면에 접하지 않는 부분의 경우, 각 구동부의 보조바퀴가 분기관이나 곡선관로의 내면에 부분적으로 접하면서 부가적인 추진력을 발생함으로써, 상기 몸체가 안정적으로 곡선관로를 따라 이동하면서 직선관로로 진입할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 본체에 스프링이 설치되어 있어 다양한 직경의 배관이나 수직 배관에 대해서도 미끄럼 없이 검사가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, CCD 카메라 장치가 부속되어 있어, 배관 내에서 장애물 등을 쉽게 확인할 수 있어 작업이 용이하게 이루어진다.
더욱이, 상기 카메라가 광각 렌즈를 포함하고 있으면 배관 내부의 환경을 보 다 넓게 확인할 수 있다.

Claims (13)

  1. 앞뒤로 연장되어 형성된 몸체; 상기 몸체의 축선을 중심으로 둘레방향을 따라 복수 개가 동일 각도로 배치되는 것으로, 그 각각은 동력을 발생하는 구동모터와, 동일 평면상에 서로 이격 배치되는 전륜 및 후륜을 가지며 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴와, 상기 구동모터의 동력을 상기 주바퀴로 전달하는 동력전달장치를 가지는 구동부; 및 상기 몸체와 상기 각 구동부 사이에서 상기 몸체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수의 링크부를 포함하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇에 있어서,
    상기 구동부에는 구동모터의 동력을 전달하거나 끊어주는 클러치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부의 전륜과 후륜 사이 중앙부 바깥쪽에는 상기 전륜축과 후륜축과 평행한 회전축을 가지는 보조바퀴가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구동모터의 구동축과 주바퀴의 차축이 베벨기어에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주바퀴는 상기 구동부의 양측면에 쌍으로 배치된 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 몸체의 축선을 중심으로 둘레방향을 따라 120°의 간격을 가지고 형성되며 방사상으로 배치된 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 몸체의 일단부에는 카메라 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카메라 장치는 중앙의 카메라와 그 주변의 조명장치로 구성된 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 카메라는 광각 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 몸체는, 원통형상의 본체와; 상기 본체의 양단부에 상호 대향하게 외주면으로부터 돌출된 한 쌍의 돌출단과; 상기 각 돌출단 사이의 중앙영역에 마련되며 상기 본체의 외주면으로부터 돌출된 스톱퍼와; 상기 각 돌출단과 상기 스톱퍼 사이에 마련되어 상기 본체의 외주면을 따라 슬라이딩 이동하는 한 쌍의 슬라이딩링과; 상기 각 슬라이딩링과 상기 스톱퍼 사이에 마련되어 상기 각 슬라이딩링을 탄성 부세하는 한 쌍의 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 링크부는, 일단이 상기 구동부의 일측에 연결되고, 타단이 상기 몸체의 슬라이딩링에 연결되어 상기 몸체의 축선에 대해 가로방향으로 이동하면서 승강 및 하강하는 한 쌍의 연동링크와; 일단이 상기 몸체의 각 돌출단에 연결되고, 타단이 상기 각 연동링크에 연결되어 선회운동하는 한 쌍의 지지링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 클러치는 상기 구동부의 구동모터 회전축상에 설치된 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전륜과 후륜은 상기 몸체의 길이방향과 평행하게 배치된 전동축에 의해 연결되어 연동하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇.
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